大型冒落体冲击垫层多参量影响修正的Hertz接触力学模型

作     者：董川龙 祝洪刚 张飞 宁掌玄 杨东辉 雷利兴 DONG Chuanlong;ZHU Honggang;ZHANG Fei;NING Zhangxuan;YANG Donghui;LEI Lixing

作者机构：山西大同大学煤炭工程学院山西大同037003 内蒙古矿业开发有限责任公司呼和浩特010020 内蒙古科技大学矿业研究院内蒙古包头014010 

出 版 物：《安全与环境学报》 (Journal of Safety and Environment)

年 卷 期：2024年第24卷第9期

页      面：3439-3448页

核心收录：

学科分类：08[工学] 0837[工学-安全科学与工程] 

基　　金：山西省基础研究计划项目(202203021212489) 山西大同大学基础科研基金项目(2022K26) 

主　　题：安全工程 Hertz理论 缓冲垫层 冲击载荷 修正算法 

摘      要：以铜矿采空区大型冒落体冲击隐患为研究背景,基于Hertz接触力学理论,建立了考虑垫层弹塑性效应、垫层厚度、垫层孔隙率的冲击力理论修正计算模型。依据该理论公式,分析了各影响因素的敏感性,进一步以案例形式分析了采空区大型冒落体冲击载荷下有效合理的垫层厚度。结果表明:(1)垫层厚度缓冲效应较弱,垫层孔隙率缓冲效应、垫层强度缓冲效应较强,即增大垫层厚度,冲击力降幅较低,而增大垫层孔隙率和减小垫层弹性模量可有效降低冲击载荷;(2)垫层厚度缓冲效应在较小冒落体质量、较低垫层材料强度、较大落体冲击速度、较大垫层孔隙率情况下表现较强,反之,则较弱;(3)冲击力随冒落体冲击质量、冲击速度增大增幅显著,冲击速度对冲击力大小的影响有一定限值,一旦超过该极限,冲击力不再增大;(4)考虑矿柱简化为固支梁和简支梁两种情形,得出垫层有效厚度分别为8.5 m和17.5 m,综合考虑两种简化模式,确定碎石垫层厚度不应小于17.5 m。研究成果可以为大型采空区设置合理结构垫层防治动力冲击灾害提供理论依据。